库房温湿度监测系统设计方案

库房温湿度监测系统设计

方案

1.1 选题背景

防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。

1.2 设计过程及工艺要求

（1）基本功能；

①检测温度、湿度；

②显示温度、湿度；

③过限报警。

（2）主要技术参数

①温度检测范围：-30C -+50C；

②测量精度：1O C；

③湿度检测范围：0%-100%RH；

④检测精度：5%RH；

⑤显示方式：LCD1602 显示；

⑥报警方式：三极管驱动的蜂鸣音及红色LED 常亮报警。

⑦用户扩展：预留6 点模拟量输入端，包括3 路温度采集通道，3 路湿度采集通

道。

1.3 论文的结构组成

本论文分为四部分：

绪论：主要阐库房温湿度监测系统设计对库房储存货物的重要性，应用的广泛性及库房温湿度监测系统所需要的基本功能，说明主要完成的任务及设计思想，介绍本论文的组成。

第二章：主要介绍库房温湿度监测系统硬件原理框图及软件实现方案，并通过比较硬件电路组成部分和软件部分各种实现方案，最终确立最佳方案。

第三章：介绍以单片机AT89S52为信息处理核心的库房温湿度监测系统的硬件设计电路，详细分析各单元的硬件电路，并给出相关电路原理图。

第四章：根据仪器的硬件构成和功能要求，给出相应的软件设计及主要程序流程图。

2库房温湿度监测系统设计总体方案设计

2.1 系统硬件电路方案

本设计中，温湿度监测的实现是通过温湿度传感器采集库房温湿度信息输出

电压信号，经AD信号转换电路把电压信号转换为数字信号并传入单片机。然后, 经单片机进行处理比较用户通过按键输入的温湿度极限值进行比较。最后由单片

机决定是否输出报警信号。

图2—1 温湿度监测系统硬件原理图

由图2-1可知，硬件电路的基本组成主要包括：温湿度传感器，A/D 转换电路，单

温湿度

传感器

A/D

转换

-H- LJL 心

片

单片机处理电路

按键指令及信息输入

稳压电源电路

片机信息处理电路，报警电路及显示电路，按键指令及信息输入电路。其各部分电路具体功能如下：

?1温湿度传感器：温湿度传感器主要是将物理信号转化为电压信号，电压信号，方便A/D 芯片的转换，温湿度传感器的精度，灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了温湿度传感器的精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。

? 2 A/D 转换芯片电路：按照控制要求，总共需要4*3*2+1=25 个模拟量输入点，为符合要留余量的控制要求，所以要求有25 个以上的模拟量输入点，完成把物理信号转化为数字信号，同时在温湿度传感器精度完成要求的同时只有模数转换芯片的转换精度达到要求才能完成控制任务，因此对A/D 转换芯片的选型也非常重要。

? 3 按键指令及信息输入电路：此电路主要完成报警复位、总操作复位/确定（开关液晶背光）、温度极限上调、湿度极限上调、温度极限下调、湿度极限下调等等功能，属于人机交流部分，使整个系统更加合理，人性化。对于整个系统的完善，有至关重要的作用。但由于按键占用I/O 口太多所以要采取模拟量转换数字量的方式进行信息输入。

? 4 单片机信息处理电路：不言而喻，这部分电路对于整个系统而言相当人的大脑，其主要包括了整个单片机（51 系列）的最小系统，各个模块电路连接等。当然最主要的是他的软件要正常运行。

? 5 稳压电源电路：此电路主要为此系统使用DC5V 电源供电的单元模块提供高质量的DC5V 电源。

? 6 报警电路：此电路主要完成当库房温湿度值超过设定值时，发出报警信号，其中包括声响信号和光信号。

?7 信息显示电路：显示电路是人机交互平台的重要组成部分，主要可以完成显示实时的温湿度值、设定值、报警提示及报警种类的显示的功能。但根据以往经验，也是整个系统耗电最高的一个部分，由于其显示

信息数量较为简单，所以可以选择较小的显示屏。

考虑到每个模块都可以有多种实现方案，下面通过比较各种方案，来选择最优化的实现方案。

2.1.1 温湿度传感器的选择

传感器又称为换能器、变换器等。温湿度传感器是温湿度测系统中重要的组成部分，其基本功能是将库房的温度和湿度这样一些物理量（非电量）转换成为便于测量的电量。温湿度传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了温湿度传感器测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。

目前，温湿度信号的测量方式较多，但在测温方面主要有：

①金属热电阻：温度/ 热改变电阻阻值

②热电偶：温度/ 热量使导体产生温差电动势

③半导体热敏电阻：温度/ 热量改变电阻阻值

④红外释热测温：温度改变红外热辐射

⑤色温法：温度改变金属颜色变化（炼钢）

⑥石英：温度改变石英震荡频率

⑦形变：温度使双金属片弯曲

在测湿度方面主要有：

①动态法（双压法、双温法、分流法），双压法、双温法是基于热力学P、V 、T 平衡原

理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达± 2%RH -±1.5%RH。

②静态法（饱和盐法、硫酸法），静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单

易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡6~8 小时。

③露点法，干湿球法和形形色色的电子式传感器法。露点法是测量湿空气达到饱和时的温

度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达土

0.2C甚至更高。但用现代光一电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套

使用。

④干湿球法，这是18 世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间

接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有

5~7%RH,明显低于电子湿度传感器。显然干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。

综合以上信息，为符合系统设计需要和综合系统造价，以后产品的推广与安装，特选用北京港北中天科技有限公司生产的GB 系列温湿度传感器。

2.1.2 温湿度传感器的参数等相关信息

GB-6000B（CR）温湿度变送器性能可靠，价格优惠。采用进口瑞士原装温

湿测量单元，电路采用数字化处理信号隔离放大，截频干扰设计（抗干扰能力强，

防雷击）过压保护，限流保护，等设计其具体参数如下：

①温度测量范围：-40-120C（中间量程任选）

②湿度测量范围：0-100%Rh

③温度测量误差：± 05C

④湿度测量误差：±3%Rh

⑤温度测量漂移：年飘移量± 0.01C

⑥湿度测量漂移：常温及低湿状态下，三年飘移量1-2%Rh,高温高湿状态下(40C, 80Rh)每年飘移1%RH。

⑦供电范围：12?36VDC

⑧输出信号：4?20mA或0?5VDC或0?10VDC 或

⑨防护等级：IP65

⑩采样频率：< 2ms

接线图：

图2 — 3 GB-6000B (CR )温湿度变送器外观及尺寸

2.1.3单片机型号选择

市场上单片机种类繁多且功能各异， 价格也相差很大，现在简单介绍一下我

们常用单片机：

① PIC 单片机：是MICROCHIP 公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗 低，精简

指令集，抗干扰性好，可靠性高，代码保密性好。

② EMC 单片机：是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与 PIC 8位单片机

兼容，且相兼容产品的资源相对比 PIC 的多，价格便宜，有很多系列可 选，但抗干扰较差。

③ ATMEL 单片机(51单片机)：ATMEI 公司的8位单片机有 AT89、AT90两 个系

power

外形尺寸:

GB-6000B

壁挂式

正极门脚〕Anode (PIN1)

图2—2 GB-6000B ( CR )温湿度变送器硬件接线图

电源 +

i

i 北草堆北中黃44技宿配2训

列，AT89系列8051系列单片机相兼容，静态时钟模式，AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式，也叫AVR单片机。

④PHLIPIS 51PLC系列单片机（51单片机）：PHILIPS公司的单片机是基于

80C51内核的单片机，嵌入了多种功能功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低

功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。

⑤HOLTEK 单片机：台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较

差，适用于消费类产品。

⑥TI公司单片机（51单片机）：德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通

用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外

围接口模式；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16 位低功

耗单片机。

综合以上信息，为满足系统设计需要和综合系统造价，以后产品的推广与安装，特选用ATMEL公司生产的AT89S52系列的单片机。

2.1.4 AT89S52 单片机参数等相关信息

①AT89S52主要性能

与MCS-51 单片机产品兼容；32个可编程I/O 口线；三个16位定时器/计数器；八个中断源；全双工UART 串行通道；低功耗空闲和掉电模式；看门狗定时器；双数据指针。

②AT89S52功能特性描述

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6 向量2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

③AT89S52的引脚结构

P0.4

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